| 研究課題/領域番号 |
21K03612
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分16010:天文学関連
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| 研究機関 | 福岡大学 (2022)
愛知教育大学 (2021) |
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研究代表者 |
政田 洋平 福岡大学, 理学部, 准教授 (30590608)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | ダイナモ / 超新星 / 中性子星 / MHD / 電磁流体シミュレーション / MHDダイナモ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
中性子星は宇宙最強の磁場天体である。典型的な中性子星は地球の1兆倍, FRBの候補源でもあるマグネター種族に至っては地球の1京倍もの磁場を有するが, その磁気的多様性はおろか, 中性子星が保持する磁束の起源すら未解明である。本研究では, 誕生直後の中性子星における対流ダイナモの数値モデリングと独自の平均場モデルを駆使して, 典型的な中性子星とマグネターの分岐を決める物理を特定することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
我々は, Masada et al. (2022)で, 誕生直後の原始中性子星の『自転率』と『対流層の深さ』が, 原始中性子星ダイナモの鍵を握るパラメータであることを明らかにした。今年度は, より基本的な物理モデルに立ち返り, 対流ダイナモの自転率依存性の物理について詳しい調査を行った。具体的には, Cartesian Boxを使った対流ダイナモ研究で, 自転率をパラメータに, 対流ダイナモの自転率依存性を詳しく調査する研究である。その結果、以下の3点を明らかにした：
(1)対流駆動型のダイナモはロスビー数（Ro）で特徴づけられ, Ro < 0.1で励起される
(2)回転成層対流がになう乱流磁気拡散は、自転率の増加とともに減少する
(3)回転成層対流がになうα効果は、自転率が増加してもほとんど変化しない
これらのことは、自転率の増加にともない乱流磁気拡散率が減少することが、対流ダイナモの自転率依存性の原因になっていることを強く示唆する。以上の結果は、"Rotational Dependence of Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection: What Causes It?", Masada & Sano submitted to ApJ (ArXiv:220606566M), として論文としてまとめられ, 現在The Astrophysical Journal誌に投稿中である。この論文と並行して、NorditaのAxel Brandenburgらとともに, 乱流ダイナモと平均場ダイナモ理論に関するレビュー論文（"Turbulent processes and mean-field dynamo", Brandenburg, Elstner, Masada, Pipin 2023: ArXiv:230312425B）も執筆し、Space Science Review誌に投稿中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
Masada et al. (2022)において得られた結果を, より定量物理的に理解するために, 一度より基礎的な物理モデルに立ち返り, 対流ダイナモの自転率依存性の研究に注力した。そのため, 本来計画していた原始中性子星ダイナモの、より広範なパラメータ依存性に関する研究（親星の質量・角運動量等に対する依存性や熱的進化経路に対する依存性）や、原始中性子星ダイナモの平均場モデルの構築を推進することができなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
原始中性子星の自転率や対流層の深さは, その親星の角運動量や質量に依存する上 (e.g., Nagakura et al. 2019), ニュートリノ放射冷却による原始中性子星の熱的進化にともない変化する (e.g., Keil et al. 1996)。このことを踏まえると, Masada et al. (2022)で得た結果は, 親星の質量・角運動量等の物理的性質や原始中性子星の熱力学的進化経路の違いが, ダイナモ過程に違いを生み, 最終的には中性子星の磁場に多様性をもたらす可能性があることを強く示唆する。
次年度は, この仮説の検証を目指し, （1）原始中性子星ダイナモの, より広範なパラメータ依存性の研究（親星の物理的特徴はダイナモの励起条件や生成磁場強度にどのように影響するか?） 、および（2）原始中性子星の平均場ダイナモモデルの開発（熱的進化とカップルさせたモデル）、（3）それを使った中性子星磁場の長期進化に関する研究を進める。
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